(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、電力を消費することなく、燃料電池の停止時又は緊急時の燃料電池の電圧を低下させることのできる燃料電池システムの制御装置、並びに車両停止時や、車両事故が起こったとき等の緊急時でも、低電圧で安全な車両を提供することにある。【解決手段】  本発明は、複数のスタック部を備え、該複数のスタック部の間の電気的な接続及び非接続の切り替えが可能な燃料電池を少なくとも含む燃料電池システムの制御装置であって、燃料電池の停止時又は緊急時に、前記複数のスタック部の間を電気的に非接続とすることを特徴とする燃料電池システムの制御装置を提供する。また、本発明は、前記燃料電池システムの制御装置を備えた車両を提供するものである。【選択図】  図１
2005222864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスタック部を備え、該複数のスタック部の間の電気的な接続及び非接続の切り替えが可能な燃料電池を少なくとも含む燃料電池システムの制御装置であって、
燃料電池の停止時又は緊急時に、前記複数のスタック部の間を電気的に非接続とすることを特徴とする燃料電池システムの制御装置。
【請求項２】
リレーにより前記切り替えが行われる、請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項３】
前記複数のスタック部の間に、絶縁体が介在する、請求項１又は２記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項４】
前記複数のスタック部の間に、導電性を有する液体の移動が可能な空間及び該液体がスタック部と接触可能な側面を備えた不導電性部材が介在し、該導電性を有する液体により前記切り替えが行われる、請求項１記載の燃料電池システムの制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の燃料電池システムの制御装置を備えた車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力を消費することなく、燃料電池の停止時又は緊急時の燃料電池の電圧を低下させることのできる燃料電池システムの制御装置及び該装置を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、異なる複数の電圧の電気を取り出すための燃料電池システムが種々開発されている。例えば、特開２００１−１７６５２０号公報では、燃料ガスと酸化剤ガスを反応ガスとする形式の燃料電池において、燃料電池の電極に接触する複数の導電体と、これらの導電体を互いに非接触状態に支持する絶縁性の支持枠とにより構成された燃料電池用セパレータを含む燃料電池システムが開示されている（特許文献１）。
【０００３】
該公報に記載の技術は、燃料電池として単一の電圧しか得られないという不都合を解消するために、燃料電池を絶縁体により分割して４組の単電池からなる構成とし、各組を適宜に電気的接続することにより、燃料電池として低電圧から高電圧までの異なる電圧を任意に得られるようにしたものである。このように、該公報には、任意の電圧を得る構造については開示されているが、燃料電池の停止時や緊急時の電圧の制御方法については不明である。
【特許文献１】特開２００１−１７６５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、電力を消費することなく、燃料電池の停止時又は緊急時の燃料電池の電圧を低下させることのできる燃料電池システムの制御装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、車両停止時や、車両事故が起こったとき等の緊急時でも、低電圧で安全な車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、鋭意研究した結果、燃料電池スタックを数モジュール毎に分割して、複数のスタック部とし、該複数のスタック部間の電気的な接続関係を任意に切り替え可能に構成した燃料電池システムの制御装置において、燃料電池停止時又は緊急時には、接続されている各スタック部（モジュール組）における電圧が、設定電圧（一般的に高電圧とならない電圧）以下となるように、各スタック部間を電気的に分割した制御装置が、前記目的を達成し得ることの知見を得た。
【０００６】
本発明は、前記知見に基づきなされたもので、１．複数のスタック部を備え、該複数のスタック部の間の電気的な接続及び非接続の切り替えが可能な燃料電池を少なくとも含む燃料電池システムの制御装置であって、燃料電池の停止時又は緊急時に、前記複数のスタック部の間を電気的に非接続とすることを特徴とする燃料電池システムの制御装置を提供するものである。
【０００７】
ここで、燃料電池の停止時とは、燃料電池の発電を停止させるときをいい、例えば車両に搭載した場合にはイグニッションキーをオフにするとき等である。また、燃料電池の緊急時とは、燃料電池の正常な停止処理が行われないときをいい、例えば車両に搭載した場合には車両の衝突や故障によるとき等である。
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムの制御装置は、かかる構成からなるため、電力を消費することなく、燃料電池の停止時又は緊急時の燃料電池の電圧を低下させることができる。また、本発明の制御装置では、燃料電池を停止させた場合でも、燃料ガスとしての水素と酸化ガスとしての酸素が燃料電池内に残留する。このため、燃料電池の再始動（例えば、本発明の制御装置を備えた車両では、エンジンの立ち上げ）を直ぐに行うことができ、エネルギーロスや燃料電池の損傷を有効に防止することができる。
【０００９】
また、本発明は、２．リレーにより前記切り替えが行われる、１記載の燃料電池システムの制御装置を提供する。この発明によれば、リレーの取り付け、切断の変更（スイッチ操作）により、燃料電池の停止時又は緊急時において効率的に燃料電池の電圧を低下させることができる。
【００１０】
また、本発明は、３．前記複数のスタック部の間に、絶縁体が介在する、１又は２記載の燃料電池システムの制御装置を提供する。この発明によれば、絶縁体により、スタック部間を効率的に分割でき、燃料電池の停止時又は緊急時において容易に燃料電池の電圧を低下させることができる。
【００１１】
また、本発明は、４．前記複数のスタック部の間に、導電性を有する液体の移動が可能な空間及び該液体がスタック部と接触可能な側面を備えた不導電性部材が介在し、該導電性を有する液体により前記切り替えが行われる、１記載の燃料電池システムの制御装置を提供する。この発明によれば、不導電性部材によりスタック部間を効率的に分割でき、また導電性の液体の移動により、燃料電池の停止時又は緊急時において容易に燃料電池の電圧を低下させることができる。
【００１２】
また、本発明は、５．１〜４の何れかに記載の燃料電池システムの制御装置を備えた車両を提供する。本発明の車両によれば、かかる構成からなるため、車両停止時や、車両事故が起こったとき等の緊急時でも、燃料電池が高電圧とならないため安全性を確保できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電力を消費することなく、燃料電池の停止時又は緊急時の燃料電池の電圧を低下させることのできる燃料電池システムの制御装置が提供される。また、本発明によれば、車両停止時や、車両事故が起こったとき等の緊急時でも、低電圧で安全な車両が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の燃料電池システムの制御装置について、好ましい実施形態（実施例）に基づき説明する。尚、本発明は、斯かる実施例により何等制限されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
実施例１に係る燃料電池システムの制御装置の構成を図１に示す。図１は、本実施例１の制御装置を示す概略断面図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施例１の制御装置１０は、数モジュール毎に分割された３部のスタック部１ａ，１ｂ，１ｃと、スタック部１ａと１ｂの間及びスタック部１ｂと１ｃの間に介在するように設けられた２つの絶縁体２，２と、スタック部１ａと１ｂの間及びスタック部１ｂと１ｃの間それぞれの電気的な接続及び非接続を切り替える２つのリレー３，３と、が設けられた燃料電池１を主たる構成として備え、該燃料電池１がそのプラス（＋）極及びマイナス（−）極から燃料電池システムの外部部材に接続された構成とされている。尚、ここでいうスタック部の「数モジュール」とは、一般的に高電圧とならない電圧（例えば２４Ｖ）の状態に分割される単位をいう。本発明において、スタック部の電圧として好ましい範囲は、４０V以下である。
【００１７】
本制御装置１０は、スタック部１ａと１ｂの間及びスタック部１ｂと１ｃの間それぞれを燃料電池１の始動時にリレー３，３により電気的に接続させ、燃料電池１の運転中の間、隣り合うスタック部同士を電気的に接続させた状態（ＯＮの状態）とする。そして、燃料電池１の停止時又は緊急時には、リレー３，３により隣り合うスタック部同士を電気的に非接続の状態（ＯＦＦの状態）に切り替える。
【００１８】
このように、本制御装置１０は、リレー３，３の着脱で燃料電池１の電圧を制御するもので、燃料電池１の停止時又は緊急時に、リレー３，３の切断により隣り合うスタック部同士を電気的に非接続の状態とすることで、燃料電池（燃料電池スタック）１の高電圧をなくすことができる。このため、電力を消費することなく、燃料電池の停止時又は緊急時の燃料電池の電圧を低下させることができる。
【実施例２】
【００１９】
実施例２に係る燃料電池システムの制御装置の構成を図２に示す。図２は、本実施例２の制御装置を示す概略断面図である。
【００２０】
本実施例２の制御装置２０は、前述した実施例１における２つの絶縁体２，２及びリレー３，３の代わりに、図３（ａ）及び（ｂ）に示される、導電性を有する液体の移動（出入）が可能な空間４ｄ及び該液体がスタック部と接触可能な面４ｅ，４ｅ（表裏）を備えた２つの不導電性部材４，４が実施例１に係る絶縁体２，２と同位置に設けられたもので、前述した実施例１の制御装置１０と同様に構成されている。尚、図３（ａ）は、本実施例２の制御装置２０に使用される不導電性部材４を示す概略斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の不導電性部材４の側断面図である。
【００２１】
即ち、図２に示すように、本制御装置２０は、数モジュール毎に分割された３部のスタック部１ａ，１ｂ，１ｃと、スタック部１ａと１ｂの間及びスタック部１ｂと１ｃの間に介在するように設けられた２つの不導電性部材４，４と、該不導電性部材４，４の内部の空間４ｄを移動可能で且つスタック部１ａ，１ｂ，１ｃに接触可能な導電性を有する液体（図示せず）と、該導電性を有する液体を貯蔵するためのタンク５，５と、導電性を有する液体が移動するための流路７，７と、導電性を有する液体の流量を調整しつつ不導電性部材４，４の空間４ｄ，４ｄに出入するための複数のバルブ６と、が設けられた燃料電池２を主たる構成として備える燃料電池システムを制御するための装置である。
【００２２】
本制御装置２０は、燃料電池２の始動時に、タンク５，５に貯蔵されていた導電性を有する液体を、流路７，７を通じて適切な流量となるように不導電性部材４，４の入口側のバルブ６，６を開き、出口側のバルブ６，６を閉じて該不導電性部材４，４の空間４ｄ，４ｄ内に流入させる。このとき、導電性を有する液体は、不導電性部材４，４それぞれの面４ｅ，４ｅおいて、スタック部１ａ，１ｂ，１ｃに接触することになる。即ち、スタック部１ａと１ｂの間及びスタック部１ｂと１ｃの間それぞれを、不導電性部材４，４中の導電性を有する液体により電気的に接続させ、燃料電池２の運転中の間、隣り合うスタック部同士を電気的に接続させた状態（ＯＮの状態）とする。
【００２３】
そして、燃料電池２の停止時又は緊急時には、不導電性部材４，４の入口側のバルブ６，６を閉じ、出口側のバルブ６，６を開いて、各スタック部に接触していた導電性を有する液体を不導電性部材４，４の空間４ｄ，４ｄから外部に排出させる。この導電性を有する液体の排出により、隣り合うスタック部同士を電気的に非接続の状態（ＯＦＦの状態）に切り替える。
【００２４】
このように、本制御装置２０は、導電性を有する液体の出し入れで燃料電池２の電圧を制御するもので、燃料電池２の停止時又は緊急時に、導電性を有する液体の排出により隣り合うスタック部同士を電気的に非接続の状態とすることで、燃料電池（燃料電池スタック）２の高電圧をなくすことができる。このため、電力を消費することなく、燃料電池の停止時又は緊急時の燃料電池の電圧を低下させることができる。
【００２５】
以上、本発明の好適な実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、異なる実施形態の制御装置とすることもできる。
【００２６】
本発明においては、その他の実施形態として、例えば、実施例１で使用したリレー以外の音を出さないような切り替え部材を用いて、低音な制御装置とすることもできる。
【００２７】
また、複数のスタック部は、少なくとも１つの間で以って分割されていればよく、実施例のように３つのみならず、２つ又は４つ以上のスタック部に分割されていてもよい。
【００２８】
また、本発明は、実施例１、２等で例示される燃料電池システムの制御装置を備えた燃料電池自動車等の車両を提供することができる。このような車両は、その停止時や、車両事故が起こったとき等の緊急時でも、燃料電池が高電圧とならないため安全性を確保できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、電力を消費することなく、燃料電池の停止時又は緊急時の燃料電池の電圧を低下させることのできる燃料電池システムの制御装置、並びに、車両停止時や、車両事故が起こったとき等の緊急時でも、低電圧で安全な車両として産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明に係る実施例１の制御装置を示す概略断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る実施例２の制御装置を示す概略断面図である。
【図３】図３（ａ）は、実施例２の制御装置に使用される不導電性部材を示す概略斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の不導電性部材の側断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０，２０…燃料電池システムの制御装置、１，２…燃料電池、１ａ，１ｂ，１ｃ…スタック部、３…リレー、４…不導電性部材、４ａ…空間、４ｅ…接触面、５…タンク、６…バルブ、７…流路
【図１】
2005222864.tif 000003
【図２】
2005222864.tif 000004
【図３】
2005222864.tif 000005